Тахаутдинов Р.С., Носов А.Д.,
Бодяев Ю.А., Бузинник В.М..
(ОАО "Магнитогорский
металлургический комбинат")
Сорокин А.Н., Формакидов А.М.
(ЗАО "Техноап")

ВВЕДЕНИЕ

В 2000 - 2002 году фирмой ЗАО "ТЕХНОАП" была разработана и испытана совместно с ОАО "ММК" система раннего обнаружения шлака при выпуске металла из конвертера
"ДШ-К".

Система раннего обнаружения шлака при выпуске металла из конвертера предназначена для снижения количества конвертерного шлака, попадающего в сталеразливочный ковш, что в свою очередь влечет за собой:

• Снижение расхода ферросплавов и алюминия за счет снижения массы окисляющихся элементов;
• Повышение стойкости сталевыпускного отверстия за счет снижения количества проходящего через него конвертерного шлака с высокой окисленностью;
• Повышение стойкости шлаковых поясов сталеразливочных ковшей за счет снижения массы попадающего в ковш конвертерного шлака;

Промышленные испытания проводились в два этапа:

этап 1: Конвертер №2, 180 плавок с 28.09.01 по 05.10.01 г.,
этап 2: Конвертер №1,. 1280 плавок с 16.12.01 по 16.02.02 г.

В ходе испытаний со стороны работников ОАО ММК были получены ценные замечания по усовершенствованию системы, которые будут учтены при изготовлении штатного оборудования для конвертеров №1,2,3, запланированного на 2003 г.

Разработка системы состояла из нескольких этапов, которые включали в себя следующее:

• Анализ существующих технологий и способов раннего обнаружения шлака в струе металла и выбор оптимального технического решения;
• Основным альтернативным вариантом является метод "инфракрасного детектирования". Его недостатками, по сравнению с электромагнитным методом, является чувствительность к оптическим помехам и невозможность обнаружения шлака, находящегося внутри (в центре) струи металла.
• Математическое моделирование электромагнитного датчика с различными конфигурациями и положениями его обмоток;
• Исследования макета электромагнитного датчика; имитация струи металла и шлака цилиндрами из немагнитной стали.
• Промышленные испытания датчика с помощью лабораторного оборудования; определение динамических характеристик процесса проникновения шлака в струю стали.

Основными проблемами, которые возникали при разработке, были следующие:

• Выбор материалов датчика, которые должны работать в условиях высокой температуры и агрессивной среды в течение всей кампании конвертера.
• Обеспечение надежного электрического соединения при выводе кабеля из конвертера. Суть проблемы в том, что конвертер может во время ремонта летки совершать полный оборот вокруг своей оси. Для этого кабель датчика шлака должен иметь поворотный соединитель, который устанавливается на выходном конце цапфы конвертера.
• Надежное выявление сигнала о шлаке при наличии высокой шумовой и дрейфовой составляющей сигнала, связанными с нестабильностью течения (неоднородностью) струи в выпускном канале и с изменениями температуры датчика.

Система "ДШ-К" имеет структуру, показанную на рис.1.

Датчик шлака - основной чувствительный элемент системы.
Датчик угла наклона конвертера - предназначен для определения режима работы конвертера (загрузка металла, плавка, слив металла, слив шлака)
Блок усиления сигналов - предназначен для усиления мощности питания датчика шлака
Устройство обработки сигналов - предназначено для обработки сигналов датчиков, формирования информации для пульта оператора.
Рабочая станция - предназначена для настройки параметров системы и для записи архивов работы системы.

Установка системы "ДШ-К" предполагает встройку датчика в летку конвертера и прокладку кабеля от датчика по опорному кольцу и цапфе конвертера. В связи с этим установка системы должна происходить во время ремонта конвертера. Во время последующих ремонтов конвертера в летку должен устанавливаться новый датчик; т.к. во время удаления старой футеровки датчик неизбежно повреждается. Остальное оборудование системы замены не требует.

Схема размещения элементов системы на конвертере показана на рис.2

Установка системы включает в себя следующее:

• Установка датчика ДШК в летке конвертера во время ее футеровки.
• Сверление отверстий в корпусе летки конвертера и в опорном кольце для вывода кабеля от датчика.
• Прокладка кабеля от датчика по опорному кольцу конвертера и цапфе.
• Установка поворотного блока на выходном конце цапфы конвертера. Подключение к нему кабеля от датчика.
• Прокладка кабеля от цапфы конвертера до помещения оператора слива конвертера.
• Прокладка кабеля от помещения оператора слива конвертера до помещения автоматики.
• Установка электронного оборудования в помещении оператора слива конвертера.
• Установка электронного оборудования в помещении автоматики.
• Включение питания системы.
• Настройка параметров системы (1-2 плавки).

Принцип работы датчика шлака:

Работа датчика основана на формировании в зоне струи металла переменного электромагнитного поля. В жидком металле возникают вихревые токи, создающие вторичное поле, измеряемое датчиком. При появлении в струе шлака величина вихревых токов изменяется, и это регистрирует датчик.

Основные функции системы:

• детектирование шлака в струе металла;
• измерение угла наклона конвертера;
• измерение времени слива метала;
• архивация данных о работе системы.

Общие сведения о работе системы:

Система "ДШ-К" работает в автоматическом режиме, т.е. не требует обязательного участия оператора. Но при необходимости оператор по своему усмотрению может изменять настройки системы (порог срабатывания звукового сигнала) и проводить тестирование системы.
Система имеет два основных режима работы: режим "ожидание" и режим "измерение". В режиме "ожидание" система находится во время загрузки и плавки металла в конвертере. Переход в режим "измерение" происходит автоматически при повороте конвертера на угол, соответствующий началу слива металла и при появлении струи металла в выпускном канале. В этот момент происходит автокалибровка датчика. В режиме "измерение" на экране пульта оператора отображается величина сигнала "Шлак" (см. Рис.3) Появление в струе металла шлака приводит к изменению сигнала "Шлак" от 0 до 100.% При превышении установленного предела ("Отсечка") включается звуковой сигнал.

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАТЦИИ СИСТЕМЫ

НАВЕРХ

Работа системы. Характерные особенности слива металла.

При работе с системой отмечены некоторые особенности, характерные для слива металла.
Все возможные ситуации можно разделить на три группы:

• появление шлака в самом конце слива металла;
• "подсос" шлака незадолго до окончания слива;
• окончание слива "на металле".

Отмечены также закономерности, связанные с влиянием состоянием выпускного отверстия на равномерность слива металла. Связи с этим сигнал системы "ДШ-К" о содержании в струе шлака имеет различный уровень шума, связанный с состоянием выпускного канала. При этом, очевидно, что при большем уровне шума величину "отсечки" приходится увеличивать, для предотвращения ложного срабатывания звукового сигнала.

Работа оператора с системой.

На этапе настройки и испытания системы "Пульт оператора" не был включен, и оператор заканчивал слив металла руководствуясь только своими наблюдениями за струей металла. Анализ архивов показывает, что при этом система показывала появление в струе шлака в среднем на 3-4 секунды раньше, чем оператор заканчивал слив (см. рис.4).
После подключения "Пульта оператора" время с момента обнаружения шлака системой до прекращения слива сократилось в среднем до 1 секунды (см. рис.5).